一轮复习 磁场对运动电荷作用

1、 第第2课时磁场对运动电荷的作用课时磁场对运动电荷的作用 知知 识识 梳梳 理理知识点一、洛伦兹力、洛伦兹力的方向和洛伦兹力的公知识点一、洛伦兹力、洛伦兹力的方向和洛伦兹力的公式式1洛伦兹力洛伦兹力：磁磁场对场对 的作用力叫洛伦兹力。的作用力叫洛伦兹力。2洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向(1)判定方法：左手定则：判定方法：左手定则：掌掌心心磁感线磁感线 穿入掌心；穿入掌心；四指四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的指向正电荷运动的方向或负电荷运动的 ；拇指拇指指向指向 的方向。的方向。(2) 方向特点：方向特点：FB，Fv，即，即F垂直于垂直于B和和v决决定的定的 。运动电荷运动电荷垂直垂直反方向

2、反方向洛伦兹力洛伦兹力平平 面面3洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小(1)vB时，时，洛伦兹力洛伦兹力F 。(0 或或180 )(2)vB时，洛伦兹力时，洛伦兹力F 。(90)(3)v0时，洛伦兹力时，洛伦兹力F 。 0qvB0知识点二、带电粒子在匀强磁场中的运动知识点二、带电粒子在匀强磁场中的运动1若若vB，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做 运动。运动。2若若vB，带电粒子，带电粒子仅仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁受洛伦兹力作用，在垂直于磁感线的平面内以入射速度感线的平面内以入射速度v做做 运动。运动。3半径和周期公式：半径和周期公式：(vB)匀速直线匀速直

3、线匀速圆周匀速圆周加速电场加速电场 偏转磁场偏转磁场 图图12回旋加速器回旋加速器(1)构造：如图构造：如图2所示，所示，D1、D2是半圆金属盒，是半圆金属盒，D形盒形盒的缝隙处接的缝隙处接 电源。电源。D形盒处于匀强磁场中。形盒处于匀强磁场中。图图2交流交流相等相等 磁感应强度磁感应强度 半径半径 无关无关 思维深化思维深化 判断正误，正确的画判断正误，正确的画“”，错误的画，错误的画“”。 (1)带电粒子在磁场中一定会受到磁场力的作用。带电粒子在磁场中一定会受到磁场力的作用。 () (2)洛伦兹力的方向垂直于洛伦兹力的方向垂直于B和和v决定的平面，洛伦兹力对决定的平面，洛伦兹力对带电粒子永

4、远不做功。带电粒子永远不做功。 () 题题 组组 自自 测测题组一洛伦兹力的特点与应用题组一洛伦兹力的特点与应用1下下列各图中，运动电荷的速度方向、磁感应强度方向列各图中，运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的受力方向之间的关系正确的是和电荷的受力方向之间的关系正确的是() 解析解析根据左手定则，根据左手定则，A中中F方向应向上，方向应向上，B中中F方向应向方向应向下，故下，故A错、错、B对；对；C、D中都是中都是vB，F0，故，故C、D都都错。错。 答案答案B2.如图如图3所示，一个带负电的物体从粗糙斜面顶端滑到底所示，一个带负电的物体从粗糙斜面顶端滑到底端，速度为端，速度为v。若加上一

5、个垂直纸面向外的磁场，则滑到。若加上一个垂直纸面向外的磁场，则滑到底端时底端时()图图3Av变大变大 Bv变小变小Cv不变不变 D不能确定不能确定v的变化的变化 解析解析由于带负电的物体沿斜面下滑时受到垂直斜面向下由于带负电的物体沿斜面下滑时受到垂直斜面向下的洛伦兹力作用，故物体对斜面的正压力增大，斜面对物的洛伦兹力作用，故物体对斜面的正压力增大，斜面对物体的滑动摩擦力增大，由于物体克服摩擦力做功增大，所体的滑动摩擦力增大，由于物体克服摩擦力做功增大，所以物体滑到底端时以物体滑到底端时v变小，变小，B正确。正确。 答案答案B 题组二带电粒子在匀强磁场中的运动题组二带电粒子在匀强磁场中的运动 3

6、试试画出图画出图4中几种情况下带电粒子的运动轨迹。中几种情况下带电粒子的运动轨迹。 图图4 答案答案4. (多选多选)如图如图5所示，一重力不计的带电粒子以一定的速所示，一重力不计的带电粒子以一定的速率从率从a点对准圆心射入一圆形匀强磁场，恰好从点对准圆心射入一圆形匀强磁场，恰好从b点射出。点射出。增大粒子射入磁场的速率，下列判断正确的是增大粒子射入磁场的速率，下列判断正确的是()图图5 A该粒子带正电该粒子带正电 B该粒子带负电该粒子带负电 C粒子从粒子从ab间射出间射出 D粒子从粒子从bc间射出间射出 5.质量和电荷量都相等的带电粒子质量和电荷量都相等的带电粒子M和和N，以不同的速率经，以

7、不同的速率经小孔小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图6中虚线所中虚线所示。下列表述正确的是示。下列表述正确的是 () 图图6 AM带负电，带负电，N带正电带正电 BM的速率小于的速率小于N的速率的速率 C洛伦兹力对洛伦兹力对M、N做正功做正功 DM的运行时间大于的运行时间大于N的运行时间的运行时间考点一洛伦兹力的特点与应用考点一洛伦兹力的特点与应用1洛伦兹力的特点洛伦兹力的特点(1)洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面。场方向确定的平面。(2)当电荷运动方向发生变化时，洛伦兹力的方向也

8、随当电荷运动方向发生变化时，洛伦兹力的方向也随之变化。之变化。(3)运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用。运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用。(4)左手判断洛伦兹力方向，但一定分正、负电荷。左手判断洛伦兹力方向，但一定分正、负电荷。(5)洛伦兹力一定不做功。洛伦兹力一定不做功。2洛伦兹力与安培力的联系及区别洛伦兹力与安培力的联系及区别(1)安培力是洛伦兹力的宏观表现，二者是相同性质的力，安培力是洛伦兹力的宏观表现，二者是相同性质的力，都是磁场力。都是磁场力。(2)安培力可以做功，而洛伦兹力对运动电荷不做功。安培力可以做功，而洛伦兹力对运动电荷不做功。【例例1】(多选多选)一一个带正电的小球沿

9、个带正电的小球沿光滑绝缘的桌面向右运动，速度方光滑绝缘的桌面向右运动，速度方向垂直于一个水平向里的匀强磁场，向垂直于一个水平向里的匀强磁场，如图如图7所示，小球飞离桌面后落到地所示，小球飞离桌面后落到地板上，设飞行时间为板上，设飞行时间为t1，水平射程为，水平射程为x1，着地速度为，着地速度为v1。撤去磁场，其余的条件不变，小。撤去磁场，其余的条件不变，小球飞行时间为球飞行时间为t2，水平射程为，水平射程为x2，着地速度为，着地速度为v2，则下列，则下列论述正确的是论述正确的是()Ax1x2 Bt1t2Cv1和和v2大小相等大小相等 Dv1和和v2方向相同方向相同图图7 洛伦兹力对运动电荷洛伦

10、兹力对运动电荷(或带电体或带电体)不做功，不改变速度的大不做功，不改变速度的大小，但它可改变运动电荷小，但它可改变运动电荷(或带电体或带电体)速度的方向，影响带速度的方向，影响带电体所受其他力的大小和带电体的运动时间等。电体所受其他力的大小和带电体的运动时间等。【变式训练变式训练】1. (2014北京海淀区期末北京海淀区期末)如如图图8所示，在赤道处，将一小所示，在赤道处，将一小球向东水平抛出，落地点为球向东水平抛出，落地点为a；给小球带上电荷后，仍以；给小球带上电荷后，仍以原来的速度抛出，考虑地磁场的影响，下列说法正确的原来的速度抛出，考虑地磁场的影响，下列说法正确的是是()图图8 A无论小

11、球带何种电荷，小球仍会落在无论小球带何种电荷，小球仍会落在a点点 B无论小球带何种电荷，小球下落时间都会延长无论小球带何种电荷，小球下落时间都会延长 C若小球带负电荷，小球会落在更远的若小球带负电荷，小球会落在更远的b点点 D若小球带正电荷，小球会落在更远的若小球带正电荷，小球会落在更远的b点点 解析解析地磁场在赤道上空水平由南向北，从南向北观察，地磁场在赤道上空水平由南向北，从南向北观察，如果小球带正电荷，则洛伦兹力斜向右上方，该洛伦兹力如果小球带正电荷，则洛伦兹力斜向右上方，该洛伦兹力在竖直向上和水平向右方向均有分力，因此，小球落地时在竖直向上和水平向右方向均有分力，因此，小球落地时间会变

12、长，水平位移会变大；同理，若小球带负电，则小间会变长，水平位移会变大；同理，若小球带负电，则小球落地时间会变短，水平位移会变小，故球落地时间会变短，水平位移会变小，故D正确。正确。 答案答案D考点二带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动考点二带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动1圆心的确定方法圆心的确定方法方法一方法一若已知粒子轨迹上的两点的速度方向，则可若已知粒子轨迹上的两点的速度方向，则可根据洛伦兹力根据洛伦兹力Fv，分别确定两点处洛伦兹力，分别确定两点处洛伦兹力F的方向，的方向，其交点即为圆心，如图其交点即为圆心，如图(a)； 方法二方法二若若已知粒子运动轨迹上的两点和其中某一点的速已知粒子运

13、动轨迹上的两点和其中某一点的速度方向，则可作出此两点的连线度方向，则可作出此两点的连线(即过这两点的圆弧的弦即过这两点的圆弧的弦)的中垂线，中垂线与垂线的交点即为圆心，如图的中垂线，中垂线与垂线的交点即为圆心，如图(b)。【例例2】如如图图9所示，纸面内有所示，纸面内有E、F、G三三点，点，GEF30，EFG135，空，空间有一匀强磁场，磁感应强度大小为间有一匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外。先使带有电荷量为方向垂直于纸面向外。先使带有电荷量为q(q0)的点电荷的点电荷a在纸面内垂直于在纸面内垂直于EF从从F点射出，其点射出，其轨迹经过轨迹经过G点；再使带有同样电荷量的点电荷点

14、；再使带有同样电荷量的点电荷b在纸面内在纸面内与与EF成一定角度从成一定角度从E点射出，其轨迹也经过点射出，其轨迹也经过G点，两点点，两点电荷从射出到经过电荷从射出到经过G点所用的时间相同，且经过点所用的时间相同，且经过G点时的点时的速度方向也相同。已知点电荷速度方向也相同。已知点电荷a的质量为的质量为m，轨道半径为，轨道半径为R，不计重力，求：，不计重力，求：图图9 (1)点电荷点电荷a从射出到经过从射出到经过G点所用的时间；点所用的时间； (2)点电荷点电荷b的速度的大小。的速度的大小。 1带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的分析方法带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的分析方法 2带电粒子在有界匀

15、强磁场中运动时的常见情形带电粒子在有界匀强磁场中运动时的常见情形【变式训练变式训练】2.阿阿尔法磁谱仪是我国科学家研制的物质探测器，用于探尔法磁谱仪是我国科学家研制的物质探测器，用于探测宇宙中的暗物质和反物质测宇宙中的暗物质和反物质(即反粒子即反粒子如质子如质子H和反质和反质子子 11H)。该磁谱仪核心部分的截面是半径为。该磁谱仪核心部分的截面是半径为r的圆柱形的圆柱形区域，其中充满沿圆柱轴向的匀强磁场。区域，其中充满沿圆柱轴向的匀强磁场。P为入射窗口，为入射窗口，a、b、c、d、e五处装有粒子接收器，五处装有粒子接收器，P与与a、b、c、d、e为圆为圆周上的周上的6个等分点，各粒子从个等分点

16、，各粒子从P点射入的速度相同，均沿直点射入的速度相同，均沿直径方向，如图径方向，如图10所示。如果反质子所示。如果反质子 11H射入后被射入后被a处接收处接收器接收，则器接收，则() 图图10【例例3】(多选多选)回回旋加速器在科学研究中得到了广泛应旋加速器在科学研究中得到了广泛应用，其原理如图用，其原理如图11所示。所示。D1和和D2是两个中空的半圆形金是两个中空的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，它们接在电压为属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，它们接在电压为U、周期为周期为T的交流电源上。位于的交流电源上。位于D1圆心处的质子源圆心处的质子源A能不断能不断产生质子产生质子(初速度可以忽略初速度可以忽略)，它们在两盒之间被电场加速。，它们在两盒之间被电场加速。当质子被加速到最大动能当质子被加速到最大动能Ek后，再将它们引出。忽略质后，再将它们引出。忽略质子在电场中的运动时间，则下列说法中正确的是子在电场中的运动时间，则下列说法中正确的是() 图图11【变式训练变式训练】3(多选多选)(2014浙江温州一模浙江温州一模)日日本福岛核电站的核泄漏本福岛核电站的核泄漏事故，使碘的同位素事故，使碘的同位素131被更多的人所了解。利用质谱